IRDA CZY BLUETOOTH, OTO JEST PYTANIE

Transkrypt

1 Paulina TEODOROWICZ Arkadiusz RYNGWELSKI Politechnika Koszali ska IRDA CZY BLUETOOTH, OTO JEST PYTANIE 1. Wst p Gwa towny rozwój telefonii komórkowej zmusi producentów telefonów do znalezienia i wdro enia nowych rozwi za w dziedzinie bezprzewodowej transmisji danych. Jednym z g ównych powodów u ycia bezprzewodowych po cze krótkiego zasi gu jest pozbycie si kabli mi dzy dwoma urz dzeniami. Chocia z cza s stosunkowo tanie, a okablowanie nawet ta sze, po czenie kablem zu ywa si, ulega rozrywaniu i wymaga od u ytkowników ci g ego poprawnego dbania, co jest zwyczajnie niewygodne. 2. Czym jest IrDA? W 1993 roku, 50 firm spotka o si, by stworzy IrDA (Infrared Data Association, W 1994 stowarzyszenie opublikowa o pierwsze specyfikacje dotycz ce IrDA, które definiowa y ni sze warstwy protoko ów podczerwieni. Niestety, IrDA za o y o, e dostarczenie produktu z g ównymi, podstawowymi zasadami do budowania urz dze podczerwieni jest wystarczaj ce i stowarzyszenie pozostawi o górne warstwy protoko u oraz górne warstwy aplikacji dla sprzedawców. Ta strategia by a dobra dla firm, które budowa y obydwa ko ce systemu i mog y kontrolowa obie strony po czenia. Ale bez standardów np. do przes ania terminarza czy wymiany wizytówek, producenci nie mogli zagwarantowa, e ich urz dzenia b d pracowa z urz dzeniami innych producentów. Ten brak standaryzacji górnych warstw protoko ów spowolni y przyj cie technologii IrDA. Wi kszo notebooków zawiera port IrDA, tylko skrajni producenci nie przyj li tej technologii. Stowarzyszenie IrDA wkrótce zda o sobie spraw z tego co si sta o i odt d zaj li si zdefiniowaniem protoko ów do u ytkowania w pewnych modelach. Obecnie stowarzyszenie IrDA opublikowa o specyfikacje do u ywania podczerwieni w po czeniach LAN, wymiany kalendarza i ksi ki adresowej, ci gania zdj z aparatów cyfrowych. Najni sza warstwa IrPHY (Infrared Physical Layer) reprezentuje urz dzenie nadawczo odbiorcze IR. IrPHY jest zawsze urz dzeniem hardware i zwykle

2 86 Paulina Teodorowicz, Arkadiusz Ryngwelski sk ada si z fotodiody dla odbiornika, nadajnika poczerwieni dla nadajnika. Nast pn warstw jest IrLAP (Infrared Link Access Protocol). Rys. 1. Uproszczony diagram warstw protoko ów IrDA IrLAP nawi zuje i utrzymuje solidne (niezawodne) po czenie pomi dzy dwoma urz dzeniami IrDA. Domy lny stan niepo czonego urz dzenia jest nazywane NDM (Normal Disconnected Mode). Podczas NDM urz dzenie nas uchuje innych transmisji. Je li urz dzenie chce nadawa, to zanim zacznie nadawa, musi wykry 500-milisekundowy okres braku aktywno ci. Wszystkie po czenia IrDA zaczynaj nadawa z pr dko ci od 9600 b/s. Gdy oba urz dzenia po cz si, wymieniaj si mo liwymi informacjami i negocjuj optymalne parametry komunikacji. IrLAP jest odpowiedzialna za niezawodno po czenia, najpierw bada najbli sz przestrze w poszukiwaniu w a ciwego partnera do po czenia, nast pnie czy, przesy a dane i roz cza. Trzecia warstwa protoko u nazywa si IrLMP (Infrared Link Management Protocol) i zale y od po cze nawi zywanych przez IrLAP. IrLMP jest odpowiedzialny za us ugi i aplikacje, wyszukuje urz dzenia o tym samym adresie i nakazuje im generowanie nowego oraz pozwala klientowi u y tego samego fizycznego portu IrDA. IrLMP zawiera równie IAS (Information Access Service), który s u y jako ó te strony i okre la us ugi dost pne dla urz dzenia. Zacienione okienka (ja niejsze) na rysunku 1 reprezentuj protoko y opcjonalne. TinyTP (Tiny Transport Protocol) jest odpowiedzialny za sterowanie strumieniem w kanale, kontroluje przep yw danych przez po czenie, które jest utrzymywane przez IrLMP. IrOBEX (Infrared Object Exchange Protocol) utrzymuje rejestr i cel transferu. Grupa Bluetooth SIG przyj a ten protokó dla swojej specyfikacji. IrCOMM (Infrared Communication Protocol) jest odpowiedzialna za emulowanie szeregowego i równoleg ego portu, definiuje kana steruj cy. IrLAN (Infrared Local Area Network) umo liwia dost p do LAN przez punkt dost powy IrDA, pozwalaj cy dwóm urz dzeniom na po czenie, je li oba s po czone do LAN, i pozwalaj urz dzeniu na dost p do LAN przez komputer, który jest w a nie po czony do LAN.

3 3. Czym jest BLUETOOTH? IRDA czy BLUETOOTH oto jest pytanie 87 Projektanci z Ericsson w 1994 roku wymy lili Bluetooth, aby zast pi kable cz ce przeno ne urz dzenia w firmie. Jedn z pierwszych koncepcji produktu by zestaw s uchawkowy, który czy si przez Bluetooth z telefonem komórkowym znajduj cym si w kieszeni u ytkownika. Ericsson chwytliw i atw do zapami tania nazw Bluetooth zapo yczy z historii Skandynawii. Bluetooth by królem Wikingów yj cym oko o 950 roku, któremu przypisuje si zako czenie wrogich stosunków mi dzy Dani i Norwegi. Producenci w 1998 roku za o yli Bluetooth SIG (Special Interest Group), aby kontrolowa rozwój technologii i stworzy otwarty, globalny standard. W 1999 roku grupa wyda a swoj pierwsz specyfikacj. W dodatku aby promowa technologi i utrzyma specyfikacje, SIG zdefiniowa wymagania co do wspó dzia ania urz dze i rozwi za globalny konflikt pasma cz stotliwo ci. Najnowsza specyfikacja Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate) zosta a wydana w 2004 roku. Grupa SIG zawiera aktualnie ponad 3000 cz onków. Bluetooth jest bezprzewodow technologi krótkiego zasi gu i dwustronnym transferem mowy w czasie rzeczywistym, zapewnia pr dko transmisji do 3 Mb/s. pracuje na cz stotliwo ci 2,4 GHz, w nielicencjonowanym pa mie ISM (Industrial Scientific Medicine), u ywaj c skakania po cz stotliwo ciach. Bluetooth mo e by u ywany do pod czania prawie ka dego urz dzenia z innym urz dzeniem. Typowy zasi g komunikacji Bluetooth zawiera si w zakresie m. Urz dzenie Bluetooth komunikuj ce si ze sob tworz piconet. Urz dzenie, które inicjuje po czenie, jest masterem piconetu. Jeden piconet mo e mie maksymalnie siedem aktywnych urz dze slave i jednego mastera. Ca a komunikacja w piconecie przechodzi przez mastera. Dwa lub wi cej piconetów tworzy scatternet, który mo e by u ywany do eliminacji ogranicze zasi gu (rysunek 2). rodowisko scatternet wymaga, aby ró ne piconet mia y wspólne urz dzenie (nazywane cz onkiem scatternetu), aby by a mo liwa wymiana mi dzy piconetami. Kiedy wykorzystywane s cza danych (rysunek 2a), cz onek scatternetu jest slavem dla obu piconetów. Urz dzenie A jest masterem dla piconetu 1, a urz dzenia B, C, D i E s slavami dla tego piconetu. Urz dzenie F jest masterem dla piconetu 2, a urz dzenia E, G i H s slavami dla tego piconetu. Piconet 1 i 2 nie s zsynchronizowane ze sob i cz onek scaltternetu musi pe ni rol multipleksera pomi dzy tymi dwoma piconetami. Kiedy u ywane jest dwustronne po czenie g osowe czasu rzeczywistego, cz onek scatternetu musi by slavem dla piconetu 1 i masterem dla piconetu, poniewa je li np. zegar mastera A b dzie pracowa troch wolniej ni zegar wspólnego urz dzenia D, to szczeliny czasowe mastera A b d si przesuwa powoli w praw stron. Aby unikn ewentualnego nachodzenia szczelin czasowych, wspólne urz dzenie D musi okresowo opó nia wymian pakietów g osowych o par szczelin. Urz dzenia A jest masterem dla piconetu 1, a urz dzenia B, C i D s slavami dla tego piconetu. Urz dzenie D jest masterem dla piconetu 2, a urz dzenia E, F i G s slavami dla tego piconetu. Piconet 1 i 2 tworz scatternet.

4 88 Paulina Teodorowicz, Arkadiusz Ryngwelski Rys. 2. a) topologia Bluetooth, kiedy wykorzystywane s cza danych, b) topologia Bluetooth, kiedy wykorzystywane s dwustronne po czenia g osowe czasu rzeczywistego Nadajnik wysy a dane kana em w pakietach, które zawieraj 72-bitowy kod dost pu, 54-bitowy nag ówek, oraz od 0 do 2745 bitów danych u ytecznych. Pakiety s w formacie little-endian, w którym najmniej znacz cy bit jest pierwszym wysy anym przez cze RF. Odbiornik u ywa kodu dost pu do identyfikacji i synchronizacji. W odbiorniku przesuwny korelator szuka oczekiwanego kodu dost pu, kiedy znajdzie pasuj cy, wyzwala procedur. Warstwa pasma podstawowego Bluetooth definiuje 13 typów pakietów. Wy sze warstwy wykorzystuj te pakiety do tworzenia bardziej skomplikowanych wiadomo ci. 4. Porównanie IrDA i BLUETOOTH Porównanie mo na zacz od pr dko ci przesy anych danych, dla Bluetooth wynosi ona 1 Mb/s (3 Mb/s dla USB 2.0). Je li potrzebujesz wi cej, to IrDA mo e osi gn pr dko 4 lub 16 Mb/s. Je li urz dzenie b dzie dalej ni 1 metr w momencie komunikacji, b dzie prawdopodobnie trzeba u y Bluetooth. Specyfikacja IrDA definiuje zasi g do 1 m, pod k tem 30. Zatem odbiornik musi by nie dalej ni 1 metr od nadajnika i w granicach 30 dochodz cej z nadajnika diody podczerwonej. W praktyce, odleg o pomi dzy dwoma urz dzeniami mo e wynie 2 m albo wi cej, je li zestroisz nadajnik i odbiornik wzd u tej samej osi. Specyfikacja Bluetooth definiuje 3 klasy z maksymaln moc wyj- ciow nadajnika zamiast z maksymalnym zasi giem. Klasa 1, 2 i 3 odpowiada kolejno 100, 2.5 i 1 mw. Zale nie od rodowiska, klasa 3 nadajnika ma zasi g ok. 10 m, klasa 1 nadajnika powinna wysy a dane do ok. 100 m. rodowisko u ytkowania oddzia uje nie tylko na zasi g, ale sposób, w jaki u yjesz podczerwieni czy RF (Radio Frequency) w swojej aplikacji. Je li nie mo esz zagwarantowa po czenia na linii widzenia pomi dzy dwoma urz dzeniami (urz dzenia musz si widzie rysunek 3), b dziesz musia u y RF. W takiej sytuacji mo na transmitowa przez ciany, aktówk albo kiesze koszuli. Z drugiej strony RF oddzia uje we wszystkich kierunkach, czyli jest bardziej po-

5 IRDA czy BLUETOOTH oto jest pytanie 89 datny na przechwycenie i mniej chroniony. Specyfikacja Bluetooth zbudowa a ochron dla ni szych warstw protoko u co jest jej zalet. Po czenie pomi dzy urz dzeniami Bluetooth nie jest tak spontaniczne, jak pomi dzy urz dzeniami IrDA. Wymiana wizytówki przez IrDA jest proste, wystarczy wskaza dwa PDA na siebie i nacisn guzik. Nie ma adnych niejasno ci, które urz dzenia si komunikuj. Przy Bluetooth wiele urz dze mo e znajdowa si w zasi gu i u ytkownik musi wybra, z którym chce si komunikowa. Protokó Bluetooth zajmuje si odkrywaniem innych urz dze Bluetooth, ale nie odró nia PDA nale cego do kolegi i tego nale cego do szpiega. Rys. 3. Typowe po czenie IrDA punkt-punkt Kierunkowo wiat a podczerwonego nie czyni tylko urz dze IrDA bardziej bezpiecznymi ni urz dzenia RF, ale powoduje, i s mniej podatne na interferencj. Je li jednak nie wskazujesz urz dzeniem IrDA na s o ce lub inne ród o wiat a, interferencja nie jest problemem. Urz dzenia Bluetooth rywalizuj nie tylko z innymi urz dzeniami Bluetooth b d cymi w zasi gu, ale te z innymi urz dzeniami, u ywaj cymi zespo u ISM (industrial, scientific and medical), takich jak radiowy standard IEEE , bezprzewodowa telefonia i kuchenki mikrofalowe. B d c urz dzeniami radiowymi, produkty Bluetooth s poddane aprobacie Federalnej Komisji Komunikacji FCC (Federal Communication Commision) i Europejskiemu Instytutowi Norm Telekomunikacji ETSI (European Telecommunication Standards Institute). Inn wad urz dze RF jest fakt, i linie lotnicze nie pozwalaj u ywa ich w czasie lotu. Linie lotnicze pozwalaj natomiast u ytkownikom u ywa urz dze podczerwieni na pok adzie, z wyj tkiem startu i l dowania. Inn zalet Bluetooth jest to, e mo na go u ywa w aplikacjach punkt wielopunkt (dla IrDA s po czenia punkt punkt). Na przyk ad Bluetooth pozwala stworzy piconet, sk adaj cy si z jednego mastera i siedmiu slave dla bezprzewodowej sieci ad-hoc. Ale te typy aplikacji s czym wi cej ni prost wymian kabla. Dla aplikacji wymagaj cych wi cej ni dwa urz dzenia, WIFI (Wireless Fidelity) albo IEEE b mog by lepsz technologi po cze bezprzewodowych. Inna ró nica mi dzy Bluetooth i IrDA jest subtelna i by mo e filozoficzna. Utworzenie po czenia pomi dzy dwoma urz dzeniami IrDA wymaga od u ytkownika wiadomej decyzji, aby nast pi o jakie dzia anie.

6 90 Paulina Teodorowicz, Arkadiusz Ryngwelski U ytkownik musi fizycznie wskaza to jedno w ród wielu urz dze. Z innej strony urz dzenia Bluetooth ci gle w sz w eterze za innymi urz dzeniami Bluetooth i zale nie od aplikacji mog utworzy po czenie z innym urz dzeniem bez interwencji i wiedzy u ytkownika. Mo na nawet nie by wiadomym istnienia innego urz dzenia Bluetooth. Tabela 1. Porównanie technologii Bluetooth i IrDA Bluetooth IrDA Medium transmisyjne Fala radiowa wiat o podczerwone Typowy zasi g m 0-2 m Rozmiar sieci 2-8 urz dze 2 urz dzenia Wymaganie nakierowania na siebie urz dze Nie Tak Maksymalna pr dko transmisji 3 Mb/s 16 Mb/s Dwustronne po czenie g osowe czasu rzeczywistego Tak Nie Zu ycie mocy Niskie Bardzo niskie Koszt Niski ( $4) Bardzo niski ( $1) Odporno na interferencje Dobra Wspania a Identyfikacja, autoryzacja i szyfrowanie Tak Nie Produkcja w 2005 (w milionach sztuk) Podsumowanie W obecnych czasach telefony komórkowe s coraz mniejsze, wygodniejsze i wyposa one w coraz wi cej urz dze w celu u atwienia abonentom korzystania z dobrodziejstw techniki. Wiele telefonów dost pnych na rynku posiada ju port podczerwieni i Bluetooth, zaimplementowane jednocze nie w jednym urz dzeniu. Nie udzielimy jednoznacznej odpowiedzi na pytanie IrDA czy Bluetooth, decyzj pozostawiamy u ytkownikowi. Obie technologie maj swoje wady i zalety. Wybór zale y od potrzeb i wymaga, jakie im stawiamy. Urz dzenia Bluetooth maj wi kszy zasi g, mog czy si przez ciany i ludzi i nie potrzebuj do pracy ustawiania pozycji urz dze. Je eli potrzebujesz tych w a nie w a ciwo ci, to Bluetooth jest dobrym wyborem. Ale je li tylko chcesz po czy bez kabli dwa s siaduj ce urz dzenia, po czenie przez podczerwie jest mniej kosztown alternatyw. Bibliografia: